Введение к работе
Актуальность темы.В Мировой океан ежегодно поступают миллио-:ы тонн нефти, тысячи тонн хлорированных углеводородов и тыся-[и-сотни тысяч тонн токсичных металлов. Только из атмосферы на юверхность океана выпадают сотни тысяч тонн нефтяных углеводоро-юв и соединений свинца, десятки тысяч тонн углеводородов, в том іисле ПХБ. пестицидов, дибен'зодиоксинов и других токсичных верств [GESAMP]. В настоящее время в Мировом океане находят все ювые и новые загрязняющие вещества (ЗВ). При этом важно подчерк-іуть. что Мировой океан является стоком для многих химических 'оксикантов и. как правило находится в конечном звене крупномасш-'абных потоков разных веществ и их превращений [Израэль. Цыбань. .9891.
Современная экологическая ситуация в Мировом океане характе-мзуется двумя особенностями: быстрым нарастанием концентраций ЗВ j прибрежной зоне океанов, во внутренних замкнутых и полузамкнутых морях и хроническим воздействием низких концентраций ЗВ в >ткрытых районах океана, удаленных от непосредственных источников загрязнения.
Океан обладает системой абиотических и биотических процессов, определяющих ассимиляционную емкость морской экосистемы к ЗВ [Израэль. Цыбань. 1981]. В этой системе процессов важную роль иг-:ает биогенная седиментация. В основе биогенной седиментации ле-кит осаждение взвешенного органического вещества, образовавшегося з результате биологического продуцирования. Специфика океанской ;реды такова, что биогенные частицы медленно оседают в глубины «іоря под действием силы тяжести. Протяженность во времени этого процесса определяет длительное нахождение ВОВ в толще морской боны. При этом происходит активная сорбция и аккумуляция взвешенными частицами разных химических соединений, в том числе ЗВ. По ме-[ip оседания ВОВ переносит их на дно океана. Влияние биотических процессов на биоседиментацию проявляется в активном участии морских организмов в биологическом накоплении химических веществ. Глобальные масштабы осаждения взвешенного вещества в океане определяют историю и миграцию многих химических соединений, включая органический углерод, биогенные вещества, а также различные токсиканты.
В.И.Вернадский впервые высказал гениальную догадку о больше роли морских организмов в извлечении химических элементов у морской воды, их выносе из водной толщи и осаждении на ложе окег на. Это предположение получило экспериментальное подтверждение последние два десятилетия [Лисицын, 1974: Degens & Ittekkot 1983; Fowler 4« Knauer, 1986; Hayetal., 1990; Лисицын и др. 1994]. При изучении процессов биогенной седиментации в различнь районах Мирового океана проводились, как правило, локальные экс перименты с применением седиментационных ловушек [Купцов и др. 1994: Jlckells at al.. 1990; Tsunogal & Norikl, 1987; и др.] Между тем, широкомасштабные исследования биогенной седиментаци до последнего десятилетия практически не проводились.
Однако, в современных условиях хронического загрязнени морской среды изучение биоседиментации становится необходимы элементом исследования биогеохимических циклов загрязняющих ве ществ. Кроме того, без количественной оценки параметров биоседи ментации. включая вынос загрязняющих веществ со взвешенным орга ническим веществом, нельзя оценить и прогнозировать состояни морской экосистемы, а также определить ее способность к "самоочи щению". Данное обстоятельство подчеркивает актуальность изучени процессов биоседиментации в морских экосистемах.
Цели и задачи исследований. Цель работы заключалась в изуче нии биогенной седиментации в Балтийском и Черном морях, оценк роли биоседиментации в удалении загрязняющих веществ из морски экосистем. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
-
Определить скорость биогенной седиментации и время пребы вания взвешенного органического вещества в эвфотическом слое от дельных районов Балтийского и Черного морей.
-
Проанализировать пространственно-временную изменчивост процессов биоседиментации.
-
Провести сравнительную оценку процессов биоседиментации бактериальной деструкции органического вещества.
-
Оценить биоседиментационые потоки хлорированных углеводородов и тяжелых металлов из эвфотической зоны и депонирование донные отложения в Балтийском и Черном морях.
Цаучная новизна. Впервые на обширных акваториях Балтийског и Черного морей получены данные о биоседиментационных потока взвешенного органического вещества непосредственно в эвфотическо слое с использованием радиохимического ("уран-ториевого") метода
- з -Зценены межгодовые и сезонные вариации скорости биоседиментации в различных районах данных морей. Впервые проведен анализ прост-эанственной (вертикальной и горизонтальной) вариабельности величин скорости биоседиментации. Изучено соотношение процессов биоседиментации и бактериальной деструкции в разных районах Балтийского и Черного морей.
Впервые проведена оценка биоседиментационного выноса и депонирования в донных отложениях наиболее опасных загрязняющих веществ (ПХБ. ДДТ. тяжелые металлы), оценено время их пребывания в морских экосистемах изученных морей.
Практическая ценность. Результаты исследований послужили основой для расчета количественных оценок потоков и депонирования в донных осадках наиболее опасных загрязняющих веществ в бассейнах Балтийского и Черного морей. Результаты оценки экологической значимости биоседиментационного удаления загрязняющих веществ могут быть использованы при изучении ассимиляционной емкости морских экосистем Балтийского и Черного морей.
Результаты исследований использованы при подготовке ежегодных обзоров "Экологическое состояние морей РФ", при оценке потоков углерода и его захоронении в отдельных морях РФ в рамках научно-исследовательского проекта 3.5.3 государственной научно-технической программы России "Глобальные изменения природной среды и климата", а также при при разработке тем 6.5.1 (ГНТП "Экологическая безопасность России"). 1.7.5.6 (МОНОК) Плана НИР и ОКР Росгидромета и др.
Фактический материал. В основу работы положены материалы, полученные в ходе пяти комплексных экологических экспедиций в Балтийском (1990 г.) и Черном (1990. 1991, 1992 (июль, сентябрь)) морях. Автором отобраны и обработаны пробы морской воды и взвеси; рассчитаны, обобщены и проанализированы величины времени пребывания гз*Тп и скорости биоседиментации взвешенного органического вещества. Рассчитаны количественные характеристики биоседиментаци-онных потоков отдельных загрязняющих веществ и их депонирование в донных осадках морей.
В работе, наряду с результатами автора, использованы данные по скорости первичной продукции и бактериальной деструкции, предоставленные вед.н.с. Института глобального климата и экологии (ИГКЭ) В.М.Кудрявцевым, первичной продукции в Балтийском море -с. н.с. ИГКЭ М.Н. Корсаком.
Апробация работы. Основные результаты данной работы докладі вались на конференциях молодых ученых ИПГ и ИГКЭ (Москва. 1991 199-1). на совещании по программе "Глобальные потоки вещества океане" (JG0FS) (Москва. 1996). на XIX российско-американско симпозиуме по проекту БЕРПАК "Экология и динамика морских экосис тем Берингова и Чукотского морей" (Москва, 1996).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных ра бот.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введе ния. пяти глав, выводов и списка литературы. Работа иллюстриро ванна 20 рисунками, 36 таблицами. Список литературы включает 16 работ, из которых 78 на иностранных языках.